2×12MW+2×25MW热电厂电气部分设计

1、212MW+225MW热电厂电气部分设计212MW+225MW热电厂电气部分设计学生：田谱州 指导老师：张红旗摘要本次设计是热电厂电气部分设计。该热电厂的总装机容量为212+225=74 MW。发电厂在电力系统的地位与作用：110KV共两回路，一路从电网引入，另一路从电厂送出，35KV,6KV供电地区负荷。该电厂的厂用电率为8%。根据所给出的原始资料拟定2种电气主接线方案，然后对这2种方案进行可靠性、经济性和灵活性比较后，确定最终的电气主接线方案。在对发电厂一次系统分析的基础上，对发电厂的配电装置布置、一次断面图、电气设备的选择均做了初步简单的设计。课程设计的过程是一次将理论与实际相结合的初步

2、过程，起到学以致用，巩固和加深对电气工程及其自动化专业的理解，树立工程设计的观念，提高了电力系统设计的能力的作用。关键字：电气主接线，短路电流计算，设备选型，一次断面。 1212MW+225MW热电厂电气部分设计 第一部分 设计说明书第一章 概述1.1 本课程设计的目的和要求本课程设计是在我们进行了所有相关的专业课程理论学习和生产现场参观学习之后进行的。通过毕业设计，让我们理论联系实际，系统、全面地掌握所学知识，培养我们分析问题、工程计算和独立工作的能力，让我们树立工程观点、社会主义市场经济观点，初步掌握发电厂电气部分的设计方法，并在计算、分析和解决工程实际问题等方面得到训练，为今后从事电力系

3、统及发电厂有关设计、运行、科研等方面的工作奠定坚实的理论基础。1.2 本课业设计的内容1.2.1 本次设计主要内容（1）、设计电厂电气主接线，选择主变压器的型号、台数和容量。（2）选择工作和备用厂用变压器的型号、台数和容量（3）、计算短路电流。（4）、主要电气设备的选择（母线 断路器 隔离开关 PT CT等）。（5）、做出110KV出线断面图。1.2.2 本次设计最终的设计成果（1）、编写设计说明书一份。（2）、编写短路电流计算及整定计算书。（3）、绘制火电厂电气主接线图纸一张（1#图纸）。（4）、绘制110KV出线间隔断面图一张。（2#图纸）1.3 本设计引用的规程和规范设计中，应根据设计任

4、务书及国家现行的有关政策和各专业设计技术规范而进行。国内设计必须遵守的规程和规范主要有：GB/T40641993 电气设备安全设计导则SDJ1611985 电力系统设计技术规程GB502171999 电力工程电缆设计规范SDJ51855 高压配电装置设计技术规程GB142851993 继电保护和安全自动装置技术规程25第二章 火电厂主接线设计2.1 对热电厂原始资料分析2.1.1 原始资料1、该热电厂的规模、及性质：发电厂的类型：抽气式热电厂最终容量和台数：2*12MW+2*25MW发电机利用小时数6580小时性质：本发电厂在电力系统中承担部分地区负荷，为迎峰调频电厂2与系统连接情况110KV

5、共两回路，一路从电网引入，另一路从电厂送出，35KV,6KV供电地区负荷。该电厂的厂用电率为8%。系统总的装机容量：800MW，Xxt*=0.485.3电力负荷发电机电压负荷：最大28.5MW最小24MW，cos=0.9，TMAX=7200h高压负荷：35KV供10MW, cos=,Tmax=7200h 110KV供30MW负荷。 出线回路数 6.3KV12条，35KV5条，110KV5条。4 环境条件：当地最高温度37.3度，年度最低温度32.8度，最热月份平均最高温度为28度，最热月份平均最低温度20.1度，当地海拔1063m，雷暴日数39.5日/年2.1.2 原始资料分析根据设计任务书所

6、提供的资料可知：该热电厂为典型的电厂，不担任重要负荷的供电，对设计的可靠性、安全性、灵活性等没有很严格的要求，拟定12台变压器。其地形条件限制不严格，但从节省用地考虑，尽可能使其布置紧凑，便于运行管理。综上，在设计中要充分分析所给的原始资料，同时结合实际的情况，做到设计的方案具有可靠性、安全性、经济性等。一、主接线的初步选择1、110kV系统的主接线选择根据电力工程设计手册：110kV220kV配电装置出线回路不超过2回时一般选用单母线接线；出线回路34回时一般选用单母线分段接线，故选用双母线接线与双母线分段接线两种方案进行比较决定。2、35kV侧的主接线形式根据电力工程设计手册：1）35kV

7、6.3kV的配电装置出线回路数在48回时采用单母线分段接线。2）35kV的出线多为双回路，且检修时间短，一般不设旁母，当配电装置出线回路数在8回以上时；或连接的电源较多，负荷较大时采用双母线接线。故选用单母线分段接线与双母线接线两种方案进行比较决定 。3、6.3kV侧接线形式选择根据电力工程设计手册：610kV系统中，出线在6回或以上时一般使用单母线分段接线形式，当用户要求不能停电时可装设旁路母线。但是作为发电机一侧接线，要求保证供电故选用双母线分段接线与双母线分段带旁母接线两种方案进行比较决定。二、可靠性的要求1. 断路器检修时，不宜影响对系统的供电。2. 断路器或母线故障以及母线检修时，尽

8、量减少停运的回路数和停运时间。3. 避免全所停电的可能。三、灵活性的要求1调度时，可灵活的投入和切除变压器和线路，调配电源和负荷。2检修时，方便的停运断路器、母线及保护，进行安全检修。3扩建时，容易从初期接线过渡到最终接线。四、经济性的要求：1投资省。2. 主接线力求简单，以节省一次设备。3.二次回路简单。4.能限制短路电流，以便选择价廉的设备。5.占地面积小。6.电能损失少。2.2 几种方案的比较及最终接线根据以上几点要求对主接线的初设方案进行比较，结果如下：110kV方案一：为“双母线接线”方案二：为“单母线分段接线”具有供电可靠、调度灵活、扩建方便的优点，与单母线接线相比，投资有所增加，

9、但使运行的可靠性和灵活性大为提高。其缺点是：当母线故障或检修时，需将隔离开关进行倒闸操作，容易发生误操作事故，需在隔离开关和断路器之间装设可靠的联锁装置，对运行人员的要求比较高；优点：用断路器把母线分段后，对重要用户从不同段引出，有两个电源供电。当一段母线发生故障，分段断路器自动将故障段切除，保证正常段母线供电，供电可靠性高。缺点：占地面地大，投资较多。35kV方案一：为“单母线分段接线”优点：不间断供电和不致使重要用户停电。缺点：1当一段母线或母线刀闸故障或检修时，该段母线的回路都要在检修期内停电。2当出线为双回路时，常使架空出线呈交叉跨越。3扩建需两个方向。方案二：为“双母线接线” 优点：

10、供电可靠性高，一般不对歪停电。缺点：占地面地大，刀闸多，投资较多。6.3kV方案一：为“单母线分段接线带旁路”优点：供电可靠性高缺点：占地面地大，刀闸多，投资较多，当一段母线或母线刀闸故障或检修时，该段母线的回路都要在检修期内停电方案二：为“双母线分段接线”优点：供电可靠性高。缺点：占地面地大，刀闸多，投资较多。由于待建火电厂属地区火电厂，负荷主要是地区性负荷，该火电厂35kV、10kV侧均采用单母线分段接线。而由于此电厂还是迎峰调频电厂，则110KV母线还要保证其可靠性，所以110KV采用双母线接线。而6.3KV侧带4台发电机，为保证供电可靠性所以采用双母线分段接线。2.3 变压器选择1.可

11、按下述原则确定变压器容量（1） 变压器的容量和台数的选择（2） 根据火电厂的实际情况，应根据以下的原则进行选择（3） 主变得容量一般按火电厂建成后510年的规划负荷选择（4） 根据电压网络的结构和火电厂所带的负荷的性质来确定主变的容量， 对于有重要用户的火电厂应考虑当一台主变停运时其余变压器在计及过 负荷能力后的允许时间内，应保证用户的一级和二级的负荷，对一般性 火电厂，一台机停用时，应使其余变压器保证全部负荷的70%80%。（5） 同级电压的降压变压器容量的级别不宜过多，应系列化，标准化（6） 对于大城市市郊的一次火电厂，在中低压侧已构成环网的基础上，火电厂以装设两台变压器为宜。2. 变压器

12、绕组形式选择根据：不受运输条件限制时，在330kV及其以下的火电厂中，均 采用三相变压器。3. 变压器绕组数量的选择根据：在具有三种电压的火电厂中，如通过主变各侧的功率均达到该主变 容量的15%及以上，或低压侧虽无负荷，但在火电厂内需装设无功功率补偿 设备时，主变宜采用三绕组变压器。4. 绕组连接方式根据：我国110kV及以上的电压级别，变压器绕组均用Y0的接法，35kV用Y 连接，其中性点经过消弧线圈接地。第三绕组用三角形连接。5. 高、中压电网的联络变压器应按两级电网正常与检修状态下可能出现的最大功率交换确定容量,依赖于两级电网的合理调度。6. 当联络变压器为两台时，考虑一台突然切除后，另

13、一台短时承担全部负荷，因此选择每台变压器的容量为总容量的5075%，采用50%时，一台变压器突然切除，另一台过载倍率为2，允许运行7.5分钟，采用75%时，过载倍率为1.3，允许运行2小时，应保证上述时间内电网调度能妥善的调整系统潮流，降低联络点的穿越功率。二主变压器台数的确定1.减少变压器台数的途径如下：1)使用发电机变压器扩大单元。2)在需要变压器并联以相互备用的情况下，使用两台变压器比较便利。考虑一台变压器退出工作后的备用能力相当，使用两台变压器时，其总容量较使用各台数变压器的总容量有所增加，但考虑上述因变压器台数减少取得的综合效益及损耗的减少仍将使用两台变压器更为合理。2.负荷火电厂的

14、降压变压器，发电厂、变电站高、中压电网的联络变压器一般情况下选用两台主变压器比较合理。（1） 选择降压结构：绕组排列结构从里往外为：低中高；（2） 选择容量： 当发电机负荷最大时，且两台主变压器都正常运行。Sn=（74-24）*（1-0.08）0.92 =25.56MVA 当发电机符合最大时，只有一台主变正常运行。Sn=（74-24）*（1-0.08 0.9*70%=35.78MVA如按国家标准规定的R10系列1010倍数系列容量等级的原则选主变则为:从20 MVA、40MVA中选40 MVA为宜。为了减少维护费用，选择三相油浸风冷、铝线圈、有载调压的主变为宜，查表选：SFSZ9-40000k

15、VA/110kV8*1.25%/38.52*2.5%/10.5,查表，选择主变型号为：主 变Ud% 额 定 电 流 PoIo名 称高-中高-低中-低 ( 高 / 中 / 低 ) (A)(KW)(%)1#、2#17.0% 17.0%6.5%262.4/749.8/2749.484.70 1.200容量比Pd(kw)变 压 器变 压 器 (MVA)高-中高-低 中-低调 压 范 围型 号40/40/401108x1.25%/38.52x2.5%/10.5kVSFSZ9-40000kVA/110kV2.4各级电压中性点运行方式选择运行经验表明，中性点运行方式的正确与否关系到电压等级、绝缘水平、通信干

16、扰、接地保护方式、运行的可靠性、系统接线等许多方面。目前，我国电力系统中普遍采用的中性点运行方式有中性点直接接地、中性点不接地和中性点经消弧线圈接地等方式接地。随着电力网电压等级的升高，对绝缘的投资大大增加，为了降低设备造价，可以采用中性点直接接地系统。目前，我国对110kV及以上电力系统一般都采用中性点直接接地系统，其优点是：单相接地时，其中性点电位不变，非故障相对地电压接近相电压（可能略有增大），因此降低了绝缘投资。310kV电力网中，当单相接地电流小于30A时，采用中性点不接地运行方式。发电机中性点均采用非直接接地方式，本设计方案采用的是单元接线，所以按规程应该采用经消弧线圈接地方式。综

17、上所述，110kV侧采用中性点直接接地方案，10.5KV侧采用不接地方案，发电机中性点采用经消弧线圈接地方案。2.5母线选择母线的选择遵循经济性原则，所以根据公式S=P/(1.732JUNCOS)6.3KV:1338 选择LGJK-1400型35KV:217 选择LHBJ-300型110KV:208.3 选择LHBJ-300型第三章 短路电流计算3.1 短路电流计算的基本假设（1）短路过程中各发电机之间不发生摇摆，并认为所有发电机的电势都相同电位。（2）负荷只作近似估计，或当作恒定电抗，或当作某种临时附加电源，视具体情况而定。（3）不计磁路饱和。系统各元件的参数都是恒定的，可以用叠加原理。（4

18、）对称三相系统。出不对称短路故障处不对称之外，实际系统都是对称的。（5）忽略了高压线的电阻电容，忽略变压器的电阻和励磁电流，这就是说，发电机、输电、变电和用电的元件均匀纯电抗表示。（6）金属性短路，即不计过度电阻的影响，认为过渡电阻为零的短路情况。3.2 电路元件的参数计算选取基准容量为100MVA，归算到110KV侧进行标么值计算。具体的计算过程详见设计整定。3.3 网络变换与简化方法综合运用Y变换，网络中间点消去法，对该电厂的接线与外界接线进行变换和简化。具体的计算过程详见设计整定。3.4 短路电流实用计算方法在工程计算中短路电流的计算常采用实用曲线法，其计算步骤如下：（1）选择计算短路点

19、；（2）画等值网络图；A、选取基准容量和基准电压。B、首先去掉系统中的所有负荷分支。线路电容、各元件的电阻，发电机电抗用次暂态电抗。C、将各元件电抗换算为同一基准的标么值电抗。D、汇出等值网络图，并将各元件电抗统一编号。E、化简等值网络：为计算不同短路点的短路电流值，需要将等值网络分别化简为短路点为中心的辐射形等值网络，并求出各电流与短路点之间的电抗，即转移电抗以及无限大电源对短路点的转移电抗。（3）求出计算电抗，式中为第i台等值发电机的额定容量。（4）由运算曲线查出个电源供给的短路电流周期分量标么值（运算曲线只作到）。（5）计算无限大功率的电源供给的短路电流周期分量。（6）计算短路电流周期分

20、量有名值和短路容量。（7）计算冲击电流。（8）绘制短路电流计算结果下表具体的计算过程详见设计整定。短路类型编号短路点名称短路电流（KA）三相D2110kV母线10.3D135kV母线23.6D36.3kV母线12.6第四章 厂用电设计4.1 厂用电负荷统计及厂用变压器的选择 一般火电站的主要厂用负荷有以下两大类（1）机组自用电主要包括有：锅炉、汽机、（2）全厂公用电主要包括有：充电装置、火电厂用电、油系统、电热和照明、机械修配厂、输煤部分、除灰部分、化学水处理部分以及其它负荷（乘人电梯、载物电梯通信电源等）。4.2 厂用变压器选择参加最大负荷运行的容量出现在一台机组检修、其它机组运行时。同时率

21、、负荷率及网损率取值如下：自用电负荷同时率：；负荷率：；共用电负荷同时率：；网损率：。则厂用电计算负荷： = =172kvA选择1台容量为200KVA左右的变压器即可满足。查相关厂用变手册选择型号：S7200/10，满足要求。4.3 厂用电电压等级本电站是小型火电站，没有重型的电气设备。在我国，一般的小火电站的厂用电电压等级为380/220V三相四线制中性点直接接地系统。4.4 厂用电源及其引接发电厂的厂用电源必须供电可靠，且能满足各种工作状态的要求，除应具有正常的工作电源外，还应设置备用电源、启动电源和事故保安电源。4.4.1 工作电源通常，发电厂的工作电源应该至少两个。本电站主接线设计的是

22、单元接线，厂用电接线位置已在主接线示意图中标出，从两台发电机机端取得，有4个工作电源，若是两台机组停机任可以从系统倒送电回电厂。这种引接方式，供电可靠、操作简单、调度方便、投资和运行费用都比较省，常被广泛采用。4.4.2 备用电源和启动电源厂用备用电源用于工作电源因事故或检修而失电时代替工作电源，起后备作用。本电站设计采用的备用方式是暗备用，即若两台机组停机任可以通过主变压器从系统倒送电回电厂。本电站的备用电源兼作启动电源，无需再设置。我国目前对200MW以上的大型发电机组，为了确保机组安全和厂用电的可靠才设置厂用启动电源，且以启动电源兼作事故备用电源。第五章 电气设备选择5.1 电气设备选择

23、的一般规定选择与校验电气设备时，一般应满足正常工作条件及承受短路电流的能力，并注意因地制宜，力求经济，同类设备尽量减少品种，同时考虑海拔、湿热带、污秽地区等特殊环境条件。本设计主要考虑温度和海拔两个环境因素。5.1.1 按正常工作条件选择电器、电缆允许最高工作电压不得低于该回路的最高运行电压，即；电器、导体长期允许电流不得小于该回路的最大持续工作电流，即。在计算发电机变压器回路最大持续工作电流时，应按额定电流增加5%。这是考虑到在电压降低5%时，为确保功率输出额定，则电流允许超5%。在选择导体、电器时，应注意环境条件：1、选择导体、电器的环境温度一般采用表5.1所列的数值。表5.1 选择导线、

24、电器时使用的环境温度类别安装起点环境温度（）最高最低裸导体屋外最热月平均最高温度屋内该处通风设计温度。无资料时，可取最热月平均最高温度加5电缆屋外电缆沟最热月平均最高温度年最低气温屋内电缆沟屋内通风设计温度。无资料时，可取最热月平均最高温度电缆隧道屋内通风设计温度。无资料时，可取最热月平均最高温度电气屋外年最高温度年最低气温屋内电抗器该处通风设计最高排风温度屋内其它电器该处通风设计温度。无资料时，可取最热月平均最高温度加5按交流高电压电器在长期工作时的发热规程规定：电器使用在环境温度高于+40（但不高于60）时，环境温度没增加1，建议较少额定电流1.8%；当环境温度低于+40，每低1,建议增加

25、额定电流0.5%，但最大过负荷不得超过额定电流的20%。2、110KV及以下电器，用于海拔不超过2000米时，可选用一般产品。5.1.2 按短路条件校验包括动稳定、热稳定以及电器的开断电流，一般按三相短路验算。1、短路热稳定校验式中：电器设备允许通过的热稳定电流及相应时间 短路电流产生的热脉冲计算用下式：式中：、分别为短路发生瞬间、短路切除时间、短路切除时间的短路电流周期性分量（KA） 短路切除（持续）时间，为继电保护时间与断路器的全开断时间之和（S） T短路电流非周期分量等效时间，对于发电机出口可取0.150.2S，发电厂升压母线取0.080.1S，一般火电厂取0.05S。若切除时间大于1S

26、,只需考虑周期分量。2、短路动稳定校验动稳定校验一般采用短路冲击电流峰值，当回路的冲击系数与设备规定值不同，而且冲击电流值接近于设备极限通过电流峰值时，需要校验短路全电流有效值。校验条件： 或式中：短路冲击电流峰值（KA）；短路全电流有效值（KA）；电器允许极限通过电流峰值（KA）；电器允许的极限通过电流有效值（KA）。3、电器的开断电流校验时，电器的开断计算时间取主保护时间及断路器固有分闸时间之和。这里，我们按最坏的情况考虑，主保护失灵，机端断路器取后备保护时间2S，其余的取4S。4、导体和电器选择设计技术规定“用熔断保护的导体和电器可不验算热稳定，除用有限流作用的熔断器保护者外，导体和电器

27、的动稳定仍应验算。”5.2 断路器和隔离开关的选择5.2.1 机端断路器和隔离开关（6.3KV）的选择发电机最大持续工作电流为： 12MW Imax=1.05*12/(1.732*6.3*0.9)=1283A 25MW Imax=1.05*25/(1.732*6.3*0.9)=2673A根据发电机回路的、及断路器安装在屋内的要求，查得，可选ZN73-12/T1600真空断路器ZN73-12/T3150真空断路器和GN210/200085和GN2-10/3000-85型隔离开关。表中列出断路器、隔离开关的有关参数，并与计算数据比较。断路器、隔离开关选择结果表计算数据可选ZN73-12/T1600

28、/3150真空断路器GN210/200085型隔离开关 6.3kV 10kV 10kV 1283/2673A 2000/3150A 2000A 12.6kA 40 kA 40KA 由表中数据对比均满足校验条件，因此机端断路器可选ZN73-12/T1600真空断路器ZN73-12/T3150真空断路器和GN210/200085,GN2-10/3000-85型隔离开关。5.2.2 主变压器出口断路器和隔离开关（110KV）的选择主变压器出口最大持续工作电流为：Imax=1.05*30/(1.732*110)=165A根据变压器回路的、及断路器安装在屋外的要求，查得，可选SW4110/1000型断路

29、器和GW4110D/100080型隔离开关。表中列出断路器、隔离开关的有关参数，并与计算数据比较。断路器、隔离开关选择结果表计算数据LW35-126W/3150-40断路器GW4110D/100080型隔离开关 110kV 110kV 110kV 165A 3150AA 1000A 10.3kA 40kA 18KA由表中数据对比均满足校验条件，因此主变压器出口断路器可选SW4110/1000型断路器、主变压器出口隔离开关可选GW4110D/100080型隔离开关。 5.2.3主变压器出口断路器和隔离开关（35KV）的选择主变压器出口最大持续工作电流为：Imax=1.05*10/(1.732*3

30、5*0.9)=192A根据变压器回路的、及断路器安装在屋外的要求，查得，可选LW34-40.5型断路器和GW445D型隔离开关。表中列出断路器、隔离开关的有关参数，并与计算数据比较。断路器、隔离开关选择结果表计算数据LW34-40.5断路器GW445D型隔离开关 35kV 40.5kV 40.5kV 192A 1600A 630A 23.6kA 40kA 35KA由表中数据对比均满足校验条件，因此主变压器出口断路器可选LW34-40.5型断路器和GW445D型隔离开关。5.2.4主变压器低压端断路器和隔离开关的选择主变压器电压端最大持续工作电流为：Imax=1.05*35.78/(1.732*

31、6.3*0.9)=3826A根据变压器回路的、及断路器安装在屋外的要求，查得，可选LW9-72.5型断路器和GW10/11252型隔离开关。表中列出断路器、隔离开关的有关参数，并与计算数据比较。断路器、隔离开关选择结果表计算数据LW34-40.5断路器GW10/11252型隔离开关 6.3kV 72.5kV 252kV 3826A 4000A 3900A 12.6kA 25kA 30KA 由表中数据对比均满足校验条件，因此主变压器低压端可选LW9-72.5型断路器和GW10/11252型隔离开关。5.3 电流、电压互感器的选择和校验根据相关规定，在机端和110kV及以上等级的互感器的接线均采用

32、三相星型接线，设互感器离测量仪表的距离均为100m，厂用变进线互感器采用两相星型接线，设互感器离测量仪表的距离为40m。选择步骤大致如下： 一、根据相关原始资料选择种类和型式。 二、一次回路额定电压和额定电流的选择。 三、准确级和额定容量的选择。 四、热稳定和动稳定的校验。选择结果如下：5.3.1、6.3kV机端电流互感器选择LMZJ1-0.5(母线)型 LFZJ-10（线路）型 计算数据(母线/线路)JSJB-10（母线）LFZJ-10（线路）U1n 6.3KVU1n 10KVU1n 10KVI1n 3.462KA/0.289KAI1n 2KA-5KAI1n 0.2KA-0.8KAI2n 5AI2n 5AI2n 5A故选择LMZJ1-0.5(母线)型 LFZJ